DE4122494B4

DE4122494B4 - Device for material testing, especially wood testing by drilling or penetration resistance measurement

Info

Publication number: DE4122494B4
Application number: DE4122494A
Authority: DE
Inventors: Frank Rinn
Original assignee: Rinn Frank Dipl-Phys
Current assignee: Rinn Frank Dipl-Phys
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1991-07-06
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2011-07-07
Also published as: DE9117283U1; DE4122494A1

Abstract

Vorrichtung zur Materialprüfung, insbesondere Holzprüfung, durch Bohr- oder Eindringwiderstandsmessung mit einem Gehäuse, mit einer im Betrieb davon abstehenden Nadel, mit einem in Nadellängsrichtung verstellbar an dem Gehäuse geführten, für den Nadelvorschub motorisch angetriebenen Schlitten, der einen die Nadel in Drehung antreibenden Motor trägt, und mit einer Steuerelektronik einschließlich einer Einrichtung zur Erfassung und Aufzeichnung der Leistungsaufnahme des Nadelantriebs, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (30) an einer Profilschiene (28) geführt ist, dass parallel im Abstand zu der Profilschiene (28) eine Zahnstange (46) gehäusefest angeordnet ist, mit der ein an dem Schlitten (30) sitzendes, für den Vorschub angetriebenes Zahnrad (44) kämmt, und dass an einem Drehung und Vorschub der Nadel gemeinsam bewirkenden Motor oder an einem die Drehung der Nadel (14) bewirkenden Nadeldrehmotor (32) und/oder an einem den Vorschub der Nadel bewirkenden Nadelvorschubmotor (33) eine hochfrequentepulsbreitenmodulierte Versorgungsspannung anliegt, deren Pulsbreite bei vorzugsweise konstanter Frequenz regelbar und gleichzeitig als Maß für die Leistungsaufnahme des jeweiligen Motors erfassbar ist.Device for material testing, in particular wood testing, by drilling or penetration resistance measurement with a housing, with a needle protruding from it during operation, with a slide which is adjustable on the housing in the longitudinal direction of the needle and which is motor-driven for the needle feed and carries a motor which drives the needle in rotation , and with control electronics including a device for recording and recording the power consumption of the needle drive, characterized in that the slide (30) is guided on a profile rail (28), that a rack (46) is arranged parallel to and at a distance from the profile rail (28) is fixed to the housing, with which a toothed gear (44), which is seated on the carriage (30) and meshes with the meshing, meshes, and that on a rotation and advancement of the needle, or a motor rotating the needle (14), rotating the needle (14) 32) and / or on a needle advance causing the needle to advance ubmotor (33) a high-frequency pulse width modulated supply voltage is applied, the pulse width of which can be regulated at a preferably constant frequency and at the same time can be recorded as a measure of the power consumption of the respective motor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Materialprüfung, insbesondere Holzprüfung, durch Bohr- oder Eindringwiderstandsmessung mit einem Gehäuse, mit einer im Betrieb davon abstehenden Nadel, mit einem in Nadellängsrichtung verstellbar an dem Gehäuse geführten, für den Nadelvorschub motorisch angetriebenen Schlitten, der einen die Nadel in Drehung antreibenden Motor trägt, und mit einer Steuerelektronik einschließlich einer Einrichtung zur Erfassung und Aufzeichnung der Leistungsaufnahme des Nadelantriebs.The invention relates to a device for material testing, especially wood testing, by drilling or penetration resistance measurement with a housing, with a needle protruding from it in operation, with one in the longitudinal direction of the needle adjustable on the housing guided for the Needle feed motor-driven carriage, one the needle motor driving in rotation, and with control electronics including a device for Acquisition and recording of the power consumption of the needle drive.

Eine Vorrichtung zur Materialprüfung ist aus der DE 34 04 922 C2 bekannt, welche einen Taststift umfasst, der von Hand in ein zu prüfendes Werkstück eingesteckt wird.A device for material testing is from the DE 34 04 922 C2 known, which comprises a stylus that is inserted by hand into a workpiece to be tested.

Aus der US 4 061 021 ist eine handbetriebene Vorrichtung zur Materialprüfung bekannt, die eine Schreibeinrichtung mit einer rotierenden Trommel für drucksensitives Papier trägt, auf der während eines Messvorgangs eine charakteristische Kurve aufgezeichnet wird.From the US 4,061,021 a hand-operated device for material testing is known, which carries a writing device with a rotating drum for pressure-sensitive paper, on which a characteristic curve is recorded during a measuring process.

Des Weiteren sind aus dem Buch „Bauelemente der Feinmechanik", F. Kozer (Hrsg.), Technik-Verlag GmbH, Berlin 1949, S. 166 bis 167 u. S. 175 bis 178 verschiedene Typen von Geradführungen wie Prismenführungen und Wälzführungen bekannt.Furthermore, from the book “Components der Feinmechanik ", F. Kozer (ed.), Technik-Verlag GmbH, Berlin 1949, pp. 166 to 167 u. P. 175 to 178 different types of straight guides like prismatic guides and roller guides known.

Eine Vorrichtung zur Materialprüfung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 35 01 841 bekannt.A device for material testing of the type mentioned is from the DE-OS 35 01 841 known.

Sie hat einen an parallelen Führungsstangen geführten Schlitten, zu dessen Vorschub eine oder zwei axiale Gewindespindeln dienen, die von einem gehäusefesten, zusätzlich zu dem Drehantriebsmotor der Nadel vorgesehen Motor angetrieben wird. Damit geht ein aufwendiger, sperriger Aufbau und ein hohes Gewicht der Vorrichtung einher.It has a slide guided on parallel guide rods, one or two axial threaded spindles serve to feed it, that of a housing-fixed, additionally motor provided to the rotary drive motor of the needle becomes. This is a complex, bulky structure and high Weight of the device.

Die Vorschubspindel wird motorisch angetrieben und ist mit einer am Schlitten sitzenden Gewindemutter in Eingriff. Die Leistungsaufnahme der Nadelantriebe wird durch Messen der Leistungsaufnahme, der Drehzahlveränderung oder der Geräuschveränderung eines Rotationsmotors und/oder eines Vorschubmotors beim Eindringvorgang der Nadel bestimmt.The feed spindle becomes motorized driven and has a threaded nut on the slide engaged. The power consumption of the needle drives is determined by Measuring power consumption, speed change or noise change a rotary motor and / or a feed motor during the penetration process the needle.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine hochauflösende Vermessung eines Werkstücks bei geringem Wartungsaufwand gewährleistet ist.The present invention lies now based on the object, a device of the aforementioned Type in such a way that a high-resolution measurement of a workpiece guaranteed with low maintenance is.

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist eine Vorrichtung zur Materialprüfung derart ausgebildet, dass der Schlitten an einer Profilschiene geführt ist, dass parallel im Abstand zu der Profilschiene eine Zahnstange gehäusefest angeordnet ist, mit der ein an dem Schlitten sitzendes, für den Vorschub angetriebenes Zahnrad kämmt, und dass an einem Drehung und Vorschub der Nadel gemeinsam bewirkenden Motor oder an einem die Drehung der Nadel bewirkenden Nadeldrehmotor und/oder an einem den Vorschub der Nadel bewirkenden Nadelvorschubmotor eine hochfrequente pulsbreitenmodulierte Versorgungsspannung anliegt, deren Pulsbreite bei vorzugsweise konstanter Frequenz regelbar und gleichzeitig als Maß für die Leistungsaufnahme des jeweiligen Motors erfassbar ist.The present invention solves the above mentioned task by the features of claim 1. Thereafter a device for material testing is designed such that The slide is guided on a profile rail that is parallel to and at a distance the rail is a rack fixed to the housing with the one sitting on the carriage, driven for the feed Gear combs, and that acting on a rotation and advancement of the needle Motor or on a needle rotating motor causing the needle to rotate and / or on a needle feed motor which effects the feed of the needle there is a high-frequency pulse-width-modulated supply voltage, whose pulse width can be regulated at a preferably constant frequency and at the same time as a measure of the power consumption of the respective engine is detectable.

Die Führung des Schlittens an einer Profilschiene und das zu seinem Antrieb vorgesehene Zahnstangengetriebe gewährleisten einen kompakten, robusten und relativ leichten Aufbau der Vorrichtung. Eine auf einem Zahnstangengetriebe aufbauende Konstruktion ist selbst bei Verwendung einer Zahnstange mit Messprofilgenauigkeit erheblich kostengünstiger, als die wenigstens eine Präzisionsgewindespindel erfordernde Konstruktion der DE-OS 35 01 841 . Das Zahnstangengetriebe ermöglicht es, in einer Bauserie erfindungsgemäßer Vorrichtungen ohne große konstruktive Änderungen verschiedene maximale Hublängen zu realisieren. Die Profilschiene ist bei unaufwendigem Aufbau geeignet, das durch den nicht axialen Antrieb auf den Schlitten ausgeübte Kippmoment spielfrei aufzunehmen und eine hohe Stabilität gegen ein Verkippen und Verkanten des Schlittens zu gewährleisten, so dass keine das Messergebnis potentiell verfälschenden Abweichungen von der axialen Nadelausrichtung auftreten. Auch ist ein reibungsarmer Gleichlauf des Schlittens gewährleistet, was für die Messgenauigkeit von erheblicher Bedeutung ist, wenn, wie für gewisse Anwendungen bevorzugt, die Antriebsleistung des Schlittenvorschubs in die Auswertung einbezogen wird.The guidance of the slide on a profile rail and the rack and pinion gear provided for its drive ensure a compact, robust and relatively light structure of the device. A construction based on a rack and pinion gear is considerably more cost-effective than the construction of the at least one precision threaded spindle, even when using a toothed rack with measuring profile accuracy DE-OS 35 01 841 , The rack and pinion gear enables various maximum stroke lengths to be realized in a series of devices according to the invention without major design changes. In the case of an uncomplicated structure, the profile rail is suitable for absorbing the tilting moment exerted on the slide by the non-axial drive and for ensuring a high stability against tilting and tilting of the slide, so that there are no deviations from the axial needle alignment that potentially distort the measurement result. A low-friction synchronization of the slide is also ensured, which is of considerable importance for the measurement accuracy if, as preferred for certain applications, the drive power of the slide feed is included in the evaluation.

Die Motorsteuerung des alleinigen Motors oder Nadeldrehmotors und/oder Nadelvorschubmotors macht von dem Prinzip der Pulsbreitensteuerung Gebrauch. An dem/den Motoren) liegt vorzugsweise eine hochfrequente pulsbreitenmodulierte Versorgungsspannung an, deren Pulsbreite bei vorzugsweise konstanter Frequenz geregelt und gleichzeitig als Maß für die Leistungsaufnahme des Motors erfasst wird. Die Pulsbreite bildet ein zur digitalen Erfassung, Speicherung und Weiterverarbeitung gut geeignetes Maß für die momentane Leistungsaufnahme des Motors.The engine control of the sole Motors or needle rotating motor and / or needle feed motor makes of the principle of pulse width control. On the engine (s)) there is preferably a high-frequency pulse-width-modulated supply voltage whose pulse width is regulated at a preferably constant frequency and at the same time as a measure of the power consumption of the engine is detected. The pulse width forms a digital one Acquisition, storage and further processing is a suitable measure for the current one Motor power consumption.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere über die Nadellänge versetzte Abstützelemente für die Nadel auf, die an der Profilschiene geführt sind. Die Abstützelemente tragen zu einer hohen Genauigkeit der axialen Nadelausrichtung bei.In a preferred embodiment, the device according to the invention has a plurality of support elements for the needle which are offset over the needle length and are guided on the profile rail. The support elements contribute to the high accuracy of the axial needle alignment at.

Die Abstützelemente können Lochblenden sein, deren fluchtende Öffnungen die Nadel durchsetzt. Dadurch ist eine exakte allseitige Führung der Nadel gewährleistet. Außerdem wirken die Lochblenden vorteilhaft als Abstreifer von Verunreinigungen, so dass keine Fremdkörper in das Gehäuseinnere eintreten und die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung beeinträchtigen können. Der Durchmesser der Nadeldurchtrittsöffnungen kann fest aber auch in Anpassung an verschiedene Nadeldurchmesser variabel sein. Er sollte den Durchmesser der Nadel im Interesse einer hohen Führungsgenauigkeit um nicht mehr als das erforderliche Nadeldurchtrittsspiel übersteigen.The support elements can be perforated panels, their aligned openings pierced the needle. This ensures that the needle is guided on all sides guaranteed. Moreover the perforated diaphragms are advantageous as wipers of impurities, so that no foreign bodies enter the inside of the housing and functionality and can affect the life of the device. The diameter of the needle passage openings can be fixed but also in adaptation to different needle diameters be variable. It should be the diameter of the needle in the interest a high level of management accuracy by no more than the required needle clearance game.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abstützelemente anschlagbegrenzt ein- und ausfahrbare, vorzugsweise kreiszylindrische Teleskophülsen mit insbesondere mittigen Nadeldurchtrittsöffnungen im Hülsenboden. Die Nadel ist in ihrem Abstützbereich durch die Teleskophülsenanordnung gekapselt, und es ist sichergestellt, dass keine von der Nadel abgestreiften Verunreinigungen an den Motor und das Zahnstangengetriebe der Vorrichtung gelangen. Baulich bevorzugt sind ein, zwei oder mehr gegebenenfalls vorzugsweise spiegelsymmetrische Sätze von Teleskop hülsen, deren Durchmesser in Nadellängsrichtung vom Schlitten weg zunächst abfallen und dann wieder ansteigen kann, wobei vorzugsweise die mittleren Teleskophülsen kleinsten Durchmessers mit einem an der Profilschiene geführten Läufer verbunden sind.In a preferred embodiment are the support elements Retractable retractable and retractable, preferably circular cylindrical telescopic sleeves with in particular central needle passage openings in the base of the sleeve. The needle is in its support area encapsulated by the telescopic sleeve arrangement, and it is ensured that none are stripped from the needle Contaminants get to the motor and the rack and pinion gear of the device. Structurally preferred, one, two or more are optionally preferred mirror symmetric sentences of telescope sleeves, whose diameter in the longitudinal direction of the needle away from the sledge first drop and then rise again, preferably the middle telescopic sleeves smallest diameter connected to a runner guided on the profile rail are.

Bei einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Antrieb der Nadel in Drehung und Vorschub mit demselben Motor. Vorteilhaft dabei ist der mit einem einzigen Antriebsaggregat einhergehende einfache Aufbau, die feste apparative Kopplung von Drehung und Vorschub und die einfache Motorsteuerung. In die Messung der Leistungsaufnahme des Motors geht die gesamte durch Nadeldrehung und -vorschub geleistete Materialzerstörungsarbeit ein, und es wird eine hohe Messgenauigkeit und gute Korrelation des gemessenen Bohrwiderstands bzw. Eindringwiderstands mit dem Wert der Dichte des durchbohrten Materials erreicht. Das setzt voraus, dass der Schlittenvorschub keine ortsabhängigen Störungen auf das Messsignal überträgt, was durch die Profilschienenführung und den hochuntersetzten Antrieb über das Zahnstangengetriebe gewährleistet ist.In a first variant of the device according to the invention the needle is driven in rotation and feed with the same Engine. The advantage here is that with a single drive unit accompanying simple structure, the fixed apparatus coupling of Rotation and feed and the simple motor control. In the measurement the power consumption of the motor goes through needle rotation and feed material destruction work done, and it will high measuring accuracy and good correlation of the measured drilling resistance or penetration resistance with the value of the density of the pierced Material reached. That presupposes that the carriage feed no location dependent disorders transmits what to the measurement signal through the linear guideway and the step-down gear via the rack and pinion gear guaranteed is.

Der Motor ist vorzugsweise ein schnell drehender elektrischer Gleichstrommotor, dessen Wellendrehzahl sowohl für den Drehantrieb der Nadel, als auch für den Schlittenvorschubantrieb des mit der Zahnstange kämmenden Zahnrads ins Langsame untersetzt ist. Vorteilhaft dabei sind der Gleichlauf und das sehr hohe Antriebsmoment des Motors, durch das geringe Schwankungen im mechanischen Laufwiderstand, wie sie beispielsweise durch die Teleskophülsenanordnung entstehen könnten, problemlos und ohne Beeinträchtigung der Messgenauigkeit überwunden werden.The engine is preferably a fast rotating electric DC motor, whose shaft speed both for the Rotary drive of the needle, as well as for the slide feed drive the one meshing with the rack Gear is reduced to slow. The advantages are Synchronism and the very high drive torque of the motor, through which small fluctuations in mechanical running resistance, such as, for example through the telescopic sleeve arrangement could arise easily and without impairment overcome the measurement accuracy become.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wellendrehzahl des Motors für den Drehantrieb der Nadel mittels eines Planetengetriebes im Verhältnis 4:1 ins Langsame untersetzt. Für den Antrieb des Zahnrads kann mittels eines Planetengetriebes eine Untersetzung im Verhältnis 2076:1 ins Langsame und mittels eines nachgeordneten Kegel- oder Schneckengetriebes eine weitere Untersetzung im Verhältnis 3:1 ins Langsame, insgesamt also eine Untersetzung im Verhältnis 6228:1 ins Langsame erfolgen.In a preferred embodiment is the shaft speed of the motor for the rotary drive of the needle reduced by means of a planetary gear in a ratio of 4: 1. For the The gear drive can be reduced by means of a planetary gear in relation to 2076: 1 slow and by means of a downstream bevel or worm gear a further reduction in the ratio 3: 1 to slow, overall thus a reduction in the ratio 6228: 1 slow.

In einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Antrieb der Nadel in Drehung und Vorschub mit zwei nebeneinander geordneten, parallele Wellen aufweisenden Motoren, die ihren Getriebeabgang zu der Nadel bzw. dem für den Schlittenvorschub angetriebenen Zahnrad im seitlichen Überlappungsbereich der Motoren haben. Man spart so die Baulänge, die bei nur einem Motor für die beiden von derselben Welle abgehenden Getriebe erforderlich ist, und erreicht einen bei großem axialem Nadelhub sehr kurzen Aufbau der Vorrichtung. Das ist für Messungen unter beengten Verhältnissen von Vorteil, wie sie beispielsweise bei Untersuchungen an Gebäuden, insbesondere Fachwerkbauten, auftreten.In a second variant of the device according to the invention the needle is driven in rotation and feed with two side by side orderly, parallel-shafted motors that have their gear output to the needle or for the Slide feed driven gear in the lateral overlap area of the engines. This saves the overall length of the one motor for the two outgoing gear from the same shaft is required, and achieved one with large axial Needle stroke very short construction of the device. That is for measurements in cramped conditions of advantage, such as when examining buildings, in particular Half-timbered buildings occur.

Die Motoren sind vorzugsweise schnell drehende Elektromotoren mit Untersetzungsgetrieben ins Langsame, die denen des zuvor beschriebenen alleinigen Motors entsprechen können. Vorzugsweise wird der Nadelvorschubmotor auf eine konstante Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens geregelt und nur die Leistungsaufnahme des Nadeldrehmotors erfasst, der den weit überwiegenden Teil der Materialzerstörungsarbeit leistet.The motors are preferably fast slow-moving electric motors with reduction gears, which correspond to those of the sole motor described above can. The needle feed motor is preferably set to a constant feed speed of the slide regulated and only the power consumption of the needle rotating motor captured that the vast majority Part of the material destruction work guaranteed.

Auf der Welle des alleinigen Motors oder Nadeldrehmotors und/oder Nadelvorschubmotors kann eine Unterbrecherscheibe sitzen, die im Lichtweg einer Lichtschranke liegt. Diese Anordnung liefert ein hochfrequentes Taktsignal, das eine sehr genaue Bestimmung der Wellendrehzahl ermöglicht. Ein platzaufwendiger Tachogenerator erübrigt sich. Das Taktsignal kann vorteilhaft als Zeitgebersignal für eine digitale Signalverarbeitung herangezogen werden.On the shaft of the sole engine or needle rotating motor and / or needle feed motor can be a breaker sit in the light path of a light barrier. This arrangement delivers a high frequency clock signal which is a very accurate determination the shaft speed enables. A space-consuming tachometer generator is not necessary. The clock signal can advantageously be used as a timer signal for digital signal processing be used.

Die Fahrbewegung des Schlittens ist vorzugsweise durch Endschalter gesteuert. Das ist bedienungsfreundlich und sicher.The travel movement of the sled is preferably controlled by limit switches. This is easy to use and sure.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird über die Lichtschranke die Drehzahl des Nadelvorschubmotors gemessen. Weicht sie von einer vorgegebenen konstanten Solldrehzahl ab, wird die Pulsbreite der Versorgungsspannung entsprechend vergrößert oder verkleinert, um die Istdrehzahl an die Solldrehzahl anzugleichen. Bei geeigneter Anpassung der Pulsbreite der vorzugsweise mit fester Frequenz anliegenden Spannungspulse in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Istdrehzahl und Solldrehzahl kann die gesteuerte Pulsbreite als Maß für den Bohrwiderstand ausgewertet werden.In a preferred embodiment, the speed of the needle feed motor is measured via the light barrier. If it deviates from a predetermined constant target speed, the pulse width of the supply voltage is increased or decreased accordingly in order to adjust the actual speed to the target speed. With a suitable adaptation of the pulse width of the voltage pulses, which are preferably present at a fixed frequency, as a function of the difference between the actual speed and the target speed number, the controlled pulse width can be evaluated as a measure of the drilling resistance.

Die Drehzahl des Nadeldrehmotors wird ebenfalls mit einer Lichtschranke gemessen. Auch der Nadeldrehmotor wird mit einer pulsbreitenmodulierten Versorgungsspannung bei fester Pulsfrequenz betrieben und auf eine konstante Drehzahl geregelt. Die momentane Pulsbreite wird als Maß für den Bohrwiderstand/Eindringwiderstand (und damit die Holzdichte) über einen Mikroprozessor (CPU) erfasst und als serielles Signal in die Schnittstelle eines angeschlossenen Rechners geschickt. Die momentane Pulsbreite kann auch durch die CPU eines Rechners überwacht werden, der über eine vorzugsweise parallele Schnittstelle angeschlossen ist. Die Leistungsmessung und Datenübermittlung erfolgt immer dann, wenn von der Vorschubsteuerung anhand des Signals der Lichtschranke gemeldet wird, dass eine gewisse Nadelvorschubstrecke zurückgelegt wurde. Diese Strecke, die die Auflösungsgrenze der Vorrichtung und damit ihre Messgenauigkeit bestimmt, wurde bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zu ca. 0,01 mm angesetzt.The speed of the needle rotating motor is also measured with a light barrier. Even the needle rotating motor with a pulse width modulated supply voltage at a fixed Pulse frequency operated and regulated to a constant speed. The Current pulse width is used as a measure of the drilling resistance / penetration resistance (and thus the wood density) about a microprocessor (CPU) captured and as a serial signal in the Interface of a connected computer sent. The current pulse width can also be monitored by the CPU of a computer that has a preferably parallel interface is connected. The performance measurement and data transfer always occurs when the feed control uses the signal the light barrier reports that a certain needle feed distance traveled has been. This distance, which is the resolution limit of the device and thus their measurement accuracy was determined in the described embodiment set at approx. 0.01 mm.

Die Signalaufzeichnung, -speicherung und gegebenenfalls -verarbeitung erfolgt vorzugsweise mittels eines netzunabhängig zu betreibenden Datenaufnahmegerätes vorzugsweise in Form eines Schreibers oder Rechners mit einer zum Anschluss der Vorrichtung geeigneten Schnittstelle und/oder einer zur Datenübertragung zwischen der Vorrichtung und dem Rechner geeigneten Telekommunikationseinrichtung. Damit ist auch unter Feldbedingungen eine Signalverarbeitung vor Ort möglich. Gemessene Holzdichteprofile liegen von vorneherein in digitaler Form vor und können damit leicht gespeichert, übertragen, rechnerisch bearbeitet und an einem Monitor des Rechners zur Anzeige gebracht werden. Der netzunabhängige Rechner kann als Festinformation densitometrische und dendrochronologische Vergleichsdaten und andere ökologische Daten u.a.m. enthalten und noch vor Ort das Ergebnis einer umfangreichen Datenauswertung liefern. Eine Telekommunikation mit dem Datenaufnahmegerät (Rechner), z.B. mittels eines UKW- oder Infrarotsenders, ist für Messungen an schwer zugänglichen Stellen von Vorteil. Durch eine geeignete Messablaufsteuerung ist es möglich, ohne Bedienungseingriff an dem Datenaufnahmegerät mehrere Messungen hintereinander durchzuführen, so dass das Datenaufnahmege rät (Rechner) auch in größerer Entfernung vom Messplatz stehen kann, z.B. zum Schutz vor Regen.The signal recording, storage and optionally processing is preferably carried out by means of a network-independent data recording device to be operated preferably in the form of a pen or calculator with a Connection of the device suitable interface and / or for data transmission between the device and the computer suitable telecommunications device. This means that signal processing is also available under field conditions Location possible. Measured wood density profiles are digital from the outset Form before and can so easily stored, transferred, processed arithmetically and on a monitor of the computer for display to be brought. The off-grid The computer can use densitometric and dendrochronological comparison data as fixed information and other ecological Data etc. included and still the result of an extensive on-site Deliver data analysis. Telecommunications with the data recording device (computer), e.g. by means of an FM or infrared transmitter, is for measurements in hard to reach Make an advantage. With a suitable measurement sequence control it possible Several measurements in succession without operator intervention on the data recording device perform, so that the data acquisition advises (Computer) even at a greater distance from the measuring station, e.g. to protect against rain.

Die Vorrichtung wird vorzugsweise aus in einem Leibgürtel untergebrachten Akkumulatorzellen elektrisch gespeist. In den Gürtel kann auch die gesamte Steuer- und/oder Mess- und/oder Datenübertragungselektronik oder ein Teil davon integriert sein. Es ist so eine einfache, bequeme Handhabung der Vorrichtung gewährleistet. Man kann einen Kleinrechner oder ein anderes Datenaufnahmegerät an dem Leibgürtel hängend tragen.The device is preferred out in a waist belt housed battery cells electrically powered. In the belt can also the entire tax and / or Measuring and / or data transmission electronics or part of it. It is such a simple, convenient Handling of the device guaranteed. You can use a small computer or another data recording device on the girdle hanging wear.

An dem Gehäuse der Vorrichtung kann mit einem Kabel ein Handsteuergerät mit einer Anzahl Bedienungsschalter und einer vorzugsweise digitalen Bohrtiefenanzeige angeschlossen sein. Ein solches Handsteuergerät, das nicht größer sein muss als eine Taschenuhr, gewährleistet einen hohen Bedienungskomfort.On the housing of the device can with a Cable a handheld controller with a number of control switches and preferably a digital one Drilling depth display must be connected. Such a handheld controller that is not to be taller must be guaranteed as a pocket watch high ease of use.

Zur Abstützung der Vorrichtung am Boden ist ein zweibeiniges, vorzugsweise ausfahrbare Teleskopbeine aufweisendes Stativ mit einer starren Schlaufe vorgesehen, die das quer zu ihrer Ebene orientierte Gehäuse der Vorrichtung mit Spiel umschlingt und durch Neigen mit dem Gehäuse verkantet. Das Stativ ermöglicht einen wenig Kraft erfordernden Messablauf und ein problemloses und schnelles Anlegen der Vorrichtung auch an unrunde Baumprofile. Dank der Teleskopbeine des Stativs ist eine einfache Anpassung an die jeweils gewünschte Untersuchungshöhe gewährleistet. Wahlweise können ein oder mehrere Stative zugleich zum Abstützen der Vorrichtung verwendet werden.To support the device on the ground is a two-legged, preferably extendable telescopic legs Tripod with a rigid loop is provided, which is transverse to your Level oriented housing loops around the device with play and tilted to the housing. The tripod enables a measurement process requiring little force and a problem-free and fast Apply the device to non-circular tree profiles. Thanks to the telescopic legs The tripod is easy to adjust to the desired examination height. You can choose one or more tripods used at the same time to support the device become.

Die Vorrichtung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The device is as follows based on an embodiment shown in the drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 schematisch den Einsatz einer Vorrichtung zur Materialprüfung bei der Holzdichtemessung an einem Baum; 1 schematically the use of a device for material testing in wood density measurement on a tree;

2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung, wobei deren Gehäuse zum Teil aufgebrochen ist; und 2 a plan view of the device, the housing of which is partially broken; and

3 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach III-III von 2. 3 a section through the device of III-III of 2 ,

Die Vorrichtung hat ein im Wesentlichen kreiszylindrisches Gehäuse 10, aus dessen einer Stirnwand 12 eine Bohrnadel 14 austritt, um in ein zu untersuchendes Stück Material, hier Holz, nämlich den Stamm 16 eines Baumes 18, einzudringen. Die Nadel 14 unterliegt dabei einer hochtourigen Drehung und axialen Vorschubbewegung. Man misst die Leistungsaufnahme des Nadelantriebs, die ein Maß für den Eindringwiderstand bzw. die geleistete Holzzerstörungsarbeit ist, und erhält so über den axialen Nadelhub ein Holzdichteprofil.The device has a substantially circular cylindrical housing 10 , from the one end wall 12 a drilling needle 14 emerges to a piece of material to be examined, here wood, namely the trunk 16 of a tree 18 to penetrate. The needle 14 is subject to high-speed rotation and axial feed movement. You measure the power consumption of the needle drive, which is a measure of the resistance to penetration or the work of wood destruction, and you get a wood density profile via the axial needle stroke.

Die Vorrichtung kann in Hüft- oder Schulteranschlag, aber auch in anderen Stellungen gehalten oder im Laborbetrieb fixiert werden. Zur Abstützung am Boden dient ein zweibeiniges Stativ 20 mit einer starren Schlaufe 22, in die das Gehäuse 10 der Vorrichtung mit Spiel passt, wenn das Stativ 20 vertikal steht und das Gehäuse 10 horizontal orientiert ist. Bei Neigen des Stativs verkantet das Gehäuse 10 in der Schlaufe 22, so dass die Vorrichtung sicher gegen den Boden abgestützt ist. Die Vorrichtung wird mit einem von der vorderen Stirnwand 12 des Gehäuses 10 abstehenden Distanzbolzen 74 an dem zu untersuchenden Objekt, hier dem Baumstamm 16, angelegt.The device can be held in the hip or shoulder position, but also in other positions or fixed in the laboratory. A two-legged tripod is used for support on the ground 20 with a rigid loop 22 in which the housing 10 the device with play fits when the tripod 20 stands vertically and the housing 10 is oriented horizontally. If the tripod is tilted, the housing will tilt 10 in the loop 22 so that the device is securely supported against the ground. The device comes with one from the front bulkhead 12 of the housing 10 protruding spacer bolts 74 on the object to be examined, here the tree trunk 16 , created.

Zur elektrischen Energieversorgung der Vorrichtung ist ein Leibgürtel 24 mit Akkumulatorzellen vorgesehen, der während der Messung getragen, aber auch abgelegt werden kann. In den Leibgürtel 24 sind Teile der Messelektronik und eine Telekommunikationseinrichtung integriert, mit der eine Datenübertragung an einen mitgeführten, netzunabhängig zu betreibenden Rechner 26 erfolgt.For the electrical power supply of the Vor direction is a waist belt 24 provided with accumulator cells, which can be worn during the measurement, but also stored. In the waist belt 24 Parts of the measuring electronics and a telecommunication device are integrated with which data can be transmitted to a computer that is carried along and is network-independent 26 he follows.

Im Innern des Gehäuses 10 ist eine sich in Längsrichtung erstreckende Führungsschiene 28 fest angeordnet. Die Führungsschiene 28 hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Doppel-T-Profil. An der Führungsschiene 28 ist ein Schlitten 30 geführt, der einen (nicht dargestellt) oder auch zwei schnelllaufende(n) elektrische(n) Gleichstrommotoren) 32, 33 trägt. Der/die Elektromotoren) 32, 33 dient/dienen zum Drehantrieb der Nadel 14 und zum Vorschubantrieb eines die Nadel 14 tragenden Schlittens 30.Inside the case 10 is a longitudinally extending guide rail 28 firmly arranged. The guide rail 28 has a double-T profile in the illustrated embodiment. On the guide rail 28 is a sled 30 led, the one (not shown) or two high-speed electrical (n) DC motors) 32 . 33 wearing. The electric motor (s)) 32 . 33 serves / serve to drive the needle 14 and to feed the needle 14 carrying carriage 30 ,

Der Nadeldrehmotor 32 hat eine in Längsrichtung orientierte Welle mit Getriebeabgang vorn. Am vorderen Wellenende befindet sich ein Planetengetriebe 34, das die Wellendrehzahl im Verhältnis 4:1 ins Langsame untersetzt und einen in Längsrichtung orientierten Wellenzapfen 36 mit einem Spannfutter 38 für die Nadel 14 treibt. Der Nadelvorschubmotor 33 ist mit paralleler Welle neben der Motor- und Getriebeeinheit 32, 34 für die Nadeldrehung angeordnet. Er hat seinen Getriebeabgang hinten. Am hinteren Wellenende des Nadelvorschubmotors 33 befindet sich ein Planetengetriebe 40, das die Wellendrehzahl im Verhältnis 2076:1 ins Langsame untersetzt und ein Kegelrad 42 eines Kegelgetriebes treibt, das eine weitere Drehzahluntersetzung von 3:1 ins Langsame bewirkt. Statt des Kegelgetriebes kann auch ein Schneckengetriebe Verwendung finden und die Getriebeuntersetzung z.B. auch 2:1 oder 1:1 betragen.The needle rotating motor 32 has a longitudinally oriented shaft with gearbox outlet at the front. There is a planetary gear at the front shaft end 34 which slows down the shaft speed in a ratio of 4: 1 and a longitudinally oriented shaft journal 36 with a chuck 38 for the needle 14 drives. The needle feed motor 33 is with a parallel shaft next to the motor and gear unit 32 . 34 arranged for the needle rotation. It has its gearbox outlet at the rear. At the rear shaft end of the needle feed motor 33 there is a planetary gear 40 , which reduces the shaft speed in a ratio of 2076: 1 and a bevel gear 42 drives a bevel gear, which causes a further speed reduction of 3: 1 in slow. Instead of the bevel gear, a worm gear can also be used and the gear ratio can also be 2: 1 or 1: 1, for example.

Das Kegelrad 42 kämmt abtriebsseitig mit einem Zahnrad 44 mit quer orientierter Achse, das mit einer gehäusefest angeordneten, parallel zu der Führungsschiene 28 sich erstreckenden Zahnstange 46 in Eingriff steht. Bei letzterer handelt es sich um eine Messzahnstange mit einer Profilgenauigkeit im μ-Bereich. Durch das Zahnstangengetriebe erfolgt ein Vorschubantrieb mit nicht axialem Kraftangriff am Schlitten 30. Das resultierende Kippmoment wird von der Führungsschiene 28 spielfrei aufgenommen. Die Vorschubbewegung des Schlittens 30 ist durch Endschalter 48 gesteuert, die vorn und hinten an der Zahnstange 46 sitzen.The bevel gear 42 meshes with a gear on the output side 44 with a transversely oriented axis, which is arranged with a housing-fixed, parallel to the guide rail 28 extending rack 46 is engaged. The latter is a measuring rack with a profile accuracy in the μ range. The rack and pinion gear provides a feed drive with non-axial force application on the slide 30 , The resulting tilting moment is from the guide rail 28 recorded without play. The feed movement of the carriage 30 is by limit switch 48 controlled, the front and rear of the rack 46 sit.

Die Nadel 14 ist an der Austrittsöffnung 50 des Gehäuses 10 geführt und über ihre Länge mittels zweier Sätze von Teleskophülsen 52–60 abgestützt. Letztere sind zylindrische Hülsen, die die mittig und axial darin aufgenommene Nadel 14 umschließen und eine zentrale Durchtritts- und Führungsöffnung 62 für die Nadel 14 im Hülsenboden 64 haben. Die Hülsen 52–60 fahren anschlagbegrenzt ein und aus, wobei die Anschlaganordnung durch einen radial nach innen abstehenden Kragen 66 am Rand der Zylinderöffnung einer Hülse größeren Durchmessers und einen Flansch 68 auf Bodenhöhe der nächstkleineren Hülse gebildet wird. An dem Schlitten 30 ist die Hülse 52 größten Durchmessers des ersten Teleskophülsensatzes fest angebracht. Es schließen sich fünf Hülsen 54, 56 an, deren Durchmesser vom Schlitten 30 weg abfällt. Dann folgt in spiegelsymmetrischer Anordnung der zweite Teleskophülsensatz mit von dem Schlitten 30 weg ansteigendem Durchmesser. Die Teleskophülse 58 größten Durchmesser des zweiten Teleskophülsensatzes ist in die Austrittsöffnung 50 umschließender Anordnung fest an der Stirnwand 12 des Gehäuses 10 angebracht.The needle 14 is at the outlet opening 50 of the housing 10 guided and along its length by means of two sets of telescopic sleeves 52 - 60 supported. The latter are cylindrical sleeves that hold the needle received centrally and axially 14 enclose and a central passage and guide opening 62 for the needle 14 in the sleeve bottom 64 to have. The pods 52 - 60 travel in and out with limited stops, the stop arrangement being provided by a collar projecting radially inwards 66 at the edge of the cylinder opening of a sleeve of larger diameter and a flange 68 is formed at ground level of the next smaller sleeve. On the sledge 30 is the sleeve 52 largest diameter of the first set of telescopic sleeves firmly attached. Five sleeves close 54 . 56 whose diameter is from the slide 30 falls away. Then the second set of telescopic sleeves follows from the carriage in a mirror-symmetrical arrangement 30 away increasing diameter. The telescopic sleeve 58 The largest diameter of the second set of telescopic sleeves is in the outlet opening 50 enclosing arrangement firmly on the front wall 12 of the housing 10 appropriate.

Die Teleskophülsen 52–60 sind an der Führungsschiene 28 abgestützt. Hierzu dient ein an der Führungsschiene 28 verschieblich geführter Läufer 70, mit dem die Hülsen 56, 60 kleinsten Durchmessers der beiden Teleskophülsensätze fest verbunden sind.The telescopic sleeves 52 - 60 are on the guide rail 28 supported. This is done by a on the guide rail 28 movably guided runner 70 with which the sleeves 56 . 60 smallest diameter of the two telescopic sleeve sets are firmly connected.

Die Nadel 14 lässt sich zwischen einer in das Gehäuse 10 eingefahrenen Position, in der die Teleskophülsen 52–60 auseinander gezogen sind, und einer maximal aus dem Gehäuse 10 ausgefahrenen Position verstellen, in der die Teleskophülsen 52–60 zusammengeschoben sind.The needle 14 can be placed between one in the housing 10 retracted position in which the telescopic sleeves 52 - 60 are pulled apart, and a maximum out of the housing 10 Adjust the extended position in which the telescopic sleeves 52 - 60 are pushed together.

An der Außenseite der Stirnwand 12 des Gehäuses 10 ist vor der Nadelaustrittsöffnung 50 ein mit einem Desinfektionsmittel z.B. Alkohol, zu tränkender Filz 72 angebracht, den die Nadel 14 durchstößt. Dadurch wird die Nadel 14 vor dem Eintritt in das Holz desinfiziert.On the outside of the front wall 12 of the housing 10 is in front of the needle exit opening 50 a felt to be soaked with a disinfectant such as alcohol 72 attached the needle 14 pierces. This will make the needle 14 disinfected before entering the wood.

Das Gehäuse 10 der Vorrichtung kann eine oder mehrere vorzugsweise in Längsrichtung orientierte Hülse(n) enthalten, in der/denen die zur Messung benötigten Nadeln oder Bohrer aufbewahrt werden, gegebenenfalls sortiert nach neu und gebraucht. Die Enden dieser Hülsen sind zum Schutz der Nadel bzw. Bohrerspitze gepolstert. Die Polsterung kann aus desinfizierendem Material bestehen bzw. mit dem Desinfektionsmittel getränkt sein (nicht dargestellt).The housing 10 The device can contain one or more sleeves, preferably oriented in the longitudinal direction, in which the needles or drills required for the measurement are stored, sorted according to new and used, if necessary. The ends of these sleeves are padded to protect the needle or drill tip. The padding can consist of disinfectant material or be soaked with the disinfectant (not shown).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat Anwendungen in der Dendrochronologie, der Holzprüfung und bei der Untersuchung des Gesundheitszustands von Bäumen insbesondere zur Ermittlung der Rohdichte, des Jahrringzuwachses, der Jahrringdichteparameter, und der Wandungsstärke (Durchmesser des noch tragenden Holzes) bei der Untersuchung von Bäumen, Holzbauteilen z.B. in Fachwerkbauten u.a.m.The device according to the invention has applications in dendrochronology, wood testing and examination the health status of trees especially for determining the bulk density, the growth of the tree rings, the annual ring density parameter, and the wall thickness (diameter of the still bearing Wood) when examining trees, wooden components e.g. in Half-timbered buildings, etc.

1010: Gehäusecasing
1212: Stirnwandbulkhead
1414: Nadelneedle
1616: Stammtribe
1818: Baumtree
2020: Stativtripod
2222: Schlaufeloop
2424: Gürtelbelt
2626: Rechnercomputer
2828: Führungsschieneguide rail
3030: Schlittencarriage
3232: NadeldrehmotorNeedle rotation motor
3333: NadelvorschubmotorNeedle feed motor
3434: Planetengetriebeplanetary gear
3636: Wellenzapfenshaft journal
3838: Spannfutterchuck
4040: Planetengetriebeplanetary gear
4242: Kegelradbevel gear
4444: Zahnradgear
4646: Zahnstangerack
4848: Endschalterlimit switch
5050: Austrittsöffnungoutlet opening
5252: größte Teleskophülse des 1. Satzeslargest telescopic sleeve of the 1st sentence
5454: mittlere Teleskophülsedes 1. Satzesmiddle Teleskophülsedes 1st sentence
5656: kleinste Teleskophülsedes 1. Satzesleast Teleskophülsedes 1st sentence
5858: größte Teleskophülse des 1. Satzeslargest telescopic sleeve of the 1st sentence
6060: kleinste Teleskophülse des 1. Satzesleast telescopic sleeve of the 1st sentence
6262: Führungsöffnungguide opening
6464: Hülsenbodensleeve base
6666: Kragen.Collar.
6868: Flanschflange
7070: Läuferrunner
7272: Filzfelt
7474: DistanzbolzenDistance bolts

Claims

Device for material testing, in particular wood testing, by drilling or penetration resistance measurement with a housing, with a needle protruding from it during operation, with a slide which is adjustable on the housing in the longitudinal direction of the needle and which is motor-driven for the needle feed and carries a motor which drives the needle in rotation , and with control electronics including a device for recording and recording the power consumption of the needle drive, characterized in that the carriage ( 30 ) on a profile rail ( 28 ) is that parallel to the profile rail ( 28 ) a rack ( 46 ) is fixed to the housing, with which one on the slide ( 30 ) sitting gear driven for the feed ( 44 ) combs, and that on a rotation and feed of the needle together effecting motor or on a rotation of the needle ( 14 ) causing needle rotating motor ( 32 ) and / or on a needle feed motor that causes the needle to advance ( 33 ) there is a high-frequency pulse-width-modulated supply voltage, the pulse width of which can be regulated at a preferably constant frequency and at the same time can be recorded as a measure of the power consumption of the respective motor.

Device according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of supporting elements for the needle ( 14 ) which on the profile rail ( 28 ) are performed.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the support elements are perforated screens, the aligned openings ( 62 ) the needle ( 14 ) enforced.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the diameter of the openings ( 62 ) fixed or variable and only larger than the needle diameter by the required clearance clearance.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the support elements can be retracted and retracted, preferably circular cylindrical telescopic sleeves ( 52 - 60 ) with in particular central needle openings ( 62 ) in the sleeve bottom ( 64 ) are.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized by one, two or more sets of telescopic sleeves, which are optionally preferably mirror-symmetrical ( 52 - 60 ), whose diameter in the longitudinal direction of the slide ( 30 ) can initially fall away and then rise again, with the middle telescopic sleeves ( 56 . 60 ) smallest diameter with one on the profile rail ( 28 ) runner ( 70 ) are connected.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive of the needle ( 14 ) in rotation and feed with the same motor, preferably a fast rotating electric DC motor, the shaft speed of which drives the needle ( 14 ) in particular by means of a planetary gear ( 34 ) for example in a ratio of 4: 1 slow, and its shaft speed for driving the gear ( 44 ) in particular by means of another planetary gear ( 40 ) for example in a ratio of 2076: 1 to slow speed and by means of a downstream bevel or worm gear ( 42 . 44 ) is further reduced, for example in a ratio of 3: 1, that is, for example, in a ratio of 6228: 1 to a slow rate.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive of the needle ( 14 ) in rotation and feed with two parallel shafts arranged side by side Engines ( 32 . 33 ) takes place that their gear outlet to the needle ( 14 ) or the gear ( 44 ) in their lateral overlap area.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the needle rotating motor ( 32 ) is a fast rotating electric DC motor, the shaft speed of which is reduced, particularly by means of a planetary gear, for example in a ratio of 4: 1.

Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the needle feed motor ( 33 ) is a fast rotating electric DC motor, the shaft speed of which is particularly slow by means of a planetary gear, for example in a ratio of 2076: 1, and possibly by means of a downstream bevel or worm gear, for example in a ratio of 3: 1 further, in total, for example, in a ratio of 6228: 1 ins Slow stocky.

Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that that the needle feed motor is at a constant feed speed of the slide adjustable and the power consumption of the needle rotating motor is detectable.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that on the shaft of the sole motor or needle rotating motor ( 32 ) and / or needle feed motor ( 33 ) there is an interrupter disc in the light path of a light barrier.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the driving movement of the carriage ( 30 ) by limit switch ( 48 ) is controlled.

Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that for signal recording, storage and processing, a data recording device to be operated independently of the network, preferably in the form of a recorder or computer ( 26 ) is provided with an interface suitable for connecting the device and / or a telecommunication device suitable for data transmission between the device and the data recording device.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that it consists of in a waist belt ( 24 ) accommodated battery cells is electrically powered.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that that the waist belt at least part of the control and / or measurement and / or data transmission electronics contains.

Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that that to the case with a hand control unit on a cable with a number of control switches and preferably a digital one Drilling depth display is connected.

Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that for support on the floor a tripod (preferably with extendable telescopic legs) has a tripod ( 20 ) with a rigid loop ( 22 ) is provided which the housing oriented transversely to its plane ( 10 ) wraps around the device with play and tilted to the housing.